JP5171668B2 - Method for correcting substrate misalignment - Google Patents

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本発明は、エバネッセント光を利用して蛍光観察を行う装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for performing fluorescence observation using evanescent light.

DNAやタンパク質などの生体物質を観察する際、蛍光色素で標識を行い、レーザなどの励起光を照射し、発生する蛍光を観察する方法が一般的である。近年では1分子レベルの蛍光測定を可能とする技術として、エバネッセント光を利用した観察方法がある(非特許文献1)。屈折率が高い媒質から低い媒質に向けて一定以上の角度をもった光が入るときに、低い屈折率の媒質に入射光が伝播せず全反射が生じる。このとき、境界面の低屈折率媒質側表面に、僅かに光が染み出す現象が生じる。この染み出し光をエバネッセント光と呼ぶ。エバネッセント光の強度は屈折率境界平面から離れるに従って指数関数的に減衰し、屈折率境界平面から150nm程度の距離で励起光強度が1/eとなる。このため、観察試料を境界面に固定することにより、励起光を境界面近傍の試料のみに照射することが可能となり、遊離蛍光体や水のラマン散乱などに由来する背景光を抑制し、高コントラストな像を得ることができる。   When observing a biological substance such as DNA or protein, a method of observing the generated fluorescence by labeling with a fluorescent dye and irradiating excitation light such as a laser is common. In recent years, there is an observation method using evanescent light as a technique that enables fluorescence measurement at a single molecule level (Non-Patent Document 1). When light having a certain angle or more enters from a medium having a high refractive index toward a medium having a low refractive index, the incident light does not propagate to the medium having a low refractive index and total reflection occurs. At this time, a phenomenon occurs in which light slightly oozes out on the low refractive index medium side surface of the boundary surface. This leaking light is called evanescent light. The intensity of the evanescent light attenuates exponentially as the distance from the refractive index boundary plane increases, and the excitation light intensity becomes 1 / e at a distance of about 150 nm from the refractive index boundary plane. For this reason, by fixing the observation sample to the boundary surface, it becomes possible to irradiate only the sample near the boundary surface with excitation light, suppress background light originating from free phosphors and Raman scattering of water, etc. A contrast image can be obtained.

さらに、前述の1分子蛍光検出の技術を利用したDNAシーケンシングが提案されている(非特許文献2)。分析すべき試料DNA断片を基板表面にランダムに1分子ずつ捕捉し、ほぼ1塩基ずつ伸長させて、前述のエバネッセント光を利用した蛍光検出によって測定する。この測定結果から塩基配列を決定する。具体的には、ビオチン−アビジンのタンパク質結合を利用して、屈折率境界平面上の溶液層側に単一のターゲットDNA分子を固定化する。そして、DNAポリメラーゼの基質として鋳型DNAに取り込まれてDNA鎖伸長反応を保護基の存在により停止することができ、かつ検出され得る標識を持つ4種のdNTPの誘導体(MdNTP)を用いてDNAポリメラーゼ反応を行う工程、次いで取り込まれたMdNTPを蛍光などで検出する工程、及びMdNTPを伸長可能な状態に戻す工程を1サイクルとし、これを繰り返すことにより試料DNAの塩基配列を決定する。   Furthermore, DNA sequencing using the aforementioned single-molecule fluorescence detection technique has been proposed (Non-Patent Document 2). Sample DNA fragments to be analyzed are randomly captured on the surface of the substrate one molecule at a time, extended by approximately one base, and measured by fluorescence detection using the aforementioned evanescent light. The base sequence is determined from the measurement result. Specifically, a single target DNA molecule is immobilized on the solution layer side on the refractive index boundary plane by utilizing biotin-avidin protein binding. The DNA polymerase can be incorporated into the template DNA as a substrate for the DNA polymerase and the DNA chain elongation reaction can be stopped by the presence of a protecting group, and the DNA polymerase can be detected using four types of dNTP derivatives (MdNTP) having a detectable label. The step of performing the reaction, the step of detecting the incorporated MdNTP by fluorescence or the like, and the step of returning the MdNTP to a state where it can be extended are defined as one cycle. By repeating this, the base sequence of the sample DNA is determined.

尚、フォーカスを補正するための、いわゆるオートフォーカス機能は今日では様々な装置に利用されている。例えば特許文献1記載の顕微鏡は、オートフォーカス機能を搭載している。   A so-called autofocus function for correcting focus is used in various devices today. For example, the microscope described in Patent Document 1 has an autofocus function.

特開2002−341234号公報JP 2002-341234 A

Nature 1995, Vol. 374, pp. 555-559.Nature 1995, Vol. 374, pp. 555-559. PNAS 2003, Vol. 100, pp. 3960-3964.PNAS 2003, Vol. 100, pp. 3960-3964.

本願発明者が、エバネッセント光を利用して蛍光観察を行う装置について鋭意検討した結果、次のような知見を得るに至った。   As a result of intensive studies on the apparatus for performing fluorescence observation using evanescent light, the present inventor has obtained the following knowledge.

エバネッセント光照射は、バックグラウンドが低く微弱な信号を観察可能というメリットがある反面、ピント調整を厳密に行わなければならないというデメリットがある。単分子観察に使用するレンズは、一般的に高倍率,高NAである。そのため、焦点深度が浅く、僅かな基板の厚みの変化によってピントがずれる。観察者は、視野を移動するごとにフォーカスのずれが生じていないか確認し、必要に応じて補正する必要がある。   While evanescent light irradiation has the advantage of being able to observe a weak signal with a low background, it has the demerit that strict focus adjustment must be performed. A lens used for single molecule observation generally has a high magnification and a high NA. Therefore, the depth of focus is shallow, and the focus is shifted by a slight change in the thickness of the substrate. Each time the observer moves the field of view, it is necessary to check whether there is a focus shift and to correct as necessary.

しかしながら、特許文献1に代表されるオートフォーカスは、単分子蛍光観察には不十分である。エバネッセント照射による蛍光観察においては、基板の傾きも観察結果に影響する。基板表面の傾きによって励起光の入射角が変化し、エバネッセント光の強度分布が変化するためである。基板表面は一見平滑であるが、局所的に凹凸が存在するため、照射領域ごとに入射角が変化し、その結果、励起光強度が一定せず、観察結果にばらつきが生じる。安定した結果を得るためには、サンプル面と対物レンズの相対的な位置関係を一定に(望ましくは平行に)保つことが必要となる。つまり、単分子蛍光観察を行う場合、基板Z軸方向に加えて、傾きについても調整が必要である。   However, autofocus represented by Patent Document 1 is insufficient for single-molecule fluorescence observation. In fluorescence observation by evanescent irradiation, the tilt of the substrate also affects the observation result. This is because the incident angle of the excitation light changes due to the inclination of the substrate surface, and the intensity distribution of the evanescent light changes. Although the surface of the substrate is smooth at first glance, since the unevenness exists locally, the incident angle changes for each irradiation region. As a result, the excitation light intensity is not constant, and the observation results vary. In order to obtain a stable result, it is necessary to keep the relative positional relationship between the sample surface and the objective lens constant (preferably parallel). That is, when performing single molecule fluorescence observation, it is necessary to adjust the tilt in addition to the substrate Z-axis direction.

本発明の目的は、操作性が良く、感度が高く、かつ信頼性の高い蛍光観察手法及び装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fluorescence observation method and apparatus having good operability, high sensitivity, and high reliability.

本発明は、エバネッセント光を利用して蛍光観察を行うための観察基板に対して特定波長の光を照射し、それによって生じた蛍光や散乱光の観察によってフォーカスを調整し、照射した光の座標を求め、その結果をもとに基板の傾きを調整することに関する。   The present invention irradiates an observation substrate for performing fluorescence observation using evanescent light with light of a specific wavelength, adjusts the focus by observing the fluorescence and scattered light generated thereby, and coordinates of the irradiated light And adjusting the tilt of the substrate based on the result.

本発明によれば、エバネッセント光を利用して蛍光観察において、マニュアルでの調整操作が不要となる。観察基板を一定角度に保つことも可能となり、励起光の入射角が一定となるため、観察視野間においてエバネッセント光の染み出し深さは変化せず、蛍光観察の安定性や信頼性が向上する。また、エバネッセント光の照射領域を常に視野の中心に存在させることが可能となり、観察ロスの心配が無くなるため、スループットを向上させることもできる。   According to the present invention, manual adjustment operation is not necessary in fluorescence observation using evanescent light. It is also possible to keep the observation substrate at a constant angle, and the incident angle of the excitation light is constant, so that the penetration depth of the evanescent light does not change between the observation fields, improving the stability and reliability of fluorescence observation. . In addition, the irradiation area of the evanescent light can always exist at the center of the field of view, and there is no fear of observation loss, so that the throughput can be improved.

実施例1における装置の説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 実施例1における反応基板の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a reaction substrate in Example 1. 実施例1における観察のフロー図。FIG. 3 is a flow chart of observation in Example 1. 実施例2における装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an apparatus according to the second embodiment. 実施例3における装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an apparatus according to a third embodiment. 実施例3における観察のフロー図。FIG. 10 is a flow chart of observation in Example 3. 実施例4における装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an apparatus according to a fourth embodiment. 実施例4における観察のフロー図。FIG. 10 is a flow chart of observation in Example 4.

実施例は、エバネッセント光を利用して蛍光観察を行う装置において、ステージの移動に伴って生じる観察基板のZ軸方向の変化や傾きを検知・補正し、視野ごとの観察条件を一定に保つ方法に関する。この方法は、観察基板に対して特定の波長の光を照射し、それによって生じた蛍光または散乱光観察によってフォーカスを調整する工程と、照射した光の座標を求め、その結果をもとに基板の傾きを調整する工程とを含む。   The embodiment is a method for detecting and correcting a change or inclination in the Z-axis direction of the observation substrate caused by the movement of the stage in the apparatus for performing fluorescence observation using evanescent light, and keeping the observation conditions for each field of view constant. About. This method irradiates the observation substrate with light of a specific wavelength, adjusts the focus by observing the fluorescence or scattered light generated thereby, obtains the coordinates of the irradiated light, and determines the substrate based on the result. Adjusting the inclination of the.

また、実施例では、基板表面に調整用の光を照射し、蛍光と反射光を検出することにより、観察視野間の条件のばらつきを補正する。この方法では、観察視野に調整用の光を照射する工程と、その結果生じる蛍光を検出する工程と、検出結果をもとにフォーカスを調整する工程と、反射した調整用の光を検出する工程と、検出結果をもとに基板の傾きを補正する工程とを含む。   Further, in the embodiment, adjustment light is radiated on the substrate surface, and fluorescence and reflected light are detected, thereby correcting variations in conditions between observation fields. In this method, a step of irradiating the observation visual field with adjustment light, a step of detecting the resulting fluorescence, a step of adjusting the focus based on the detection result, and a step of detecting the reflected adjustment light And a step of correcting the tilt of the substrate based on the detection result.

また、実施例では、基板表面に調整用の光を照射し、散乱光と反射光を検出することにより、観察視野間の条件のばらつきを補正する。この方法では、観察視野に調整用の光を照射する工程と、その結果生じる散乱光を検出する工程と、検出結果をもとにフォーカスを調整する工程と、反射した励起光を検出する工程と、検出結果をもとに基板の傾きを補正する工程とを含む。   Further, in the embodiment, the condition variation between the observation fields is corrected by irradiating the substrate surface with the adjustment light and detecting the scattered light and the reflected light. In this method, a step of irradiating the observation field with adjustment light, a step of detecting the resulting scattered light, a step of adjusting the focus based on the detection result, and a step of detecting the reflected excitation light And correcting the tilt of the substrate based on the detection result.

また、実施例では、基板表面に調整用の光を照射し、散乱光と、照射スポットの形状を解析することにより、観察視野間の条件のばらつきを補正する。この方法では、観察視野に励起光を照射する工程と、その結果生じる散乱光を検出する工程と、検出結果をもとにフォーカスを調整する工程と、照射した調整用の光の照射スポット形状を検出する工程と、検出結果からスポットのアスペクト比を算出する工程と、算出した結果をもとに基板の傾きを補正する工程とを含む。   In the embodiment, the substrate surface is irradiated with adjustment light, and the scattered light and the shape of the irradiation spot are analyzed to correct the variation in conditions between the observation fields. In this method, the step of irradiating the observation field with excitation light, the step of detecting the resulting scattered light, the step of adjusting the focus based on the detection result, and the irradiation spot shape of the irradiated adjustment light A step of detecting, a step of calculating an aspect ratio of the spot from the detection result, and a step of correcting the tilt of the substrate based on the calculated result.

尚、実施例では、表面に測定試料が配置された基板と、基板を照射する光源と、基板から生じる発光を検出する検出器と、基板の位置を調整する駆動機構と、検出結果に基づいて装置内における基板の相対的な位置を解析し、駆動機構を制御する演算装置と、を有する全反射蛍光観察装置を開示する。   In the embodiment, based on the detection result, the substrate on which the measurement sample is arranged, the light source that irradiates the substrate, the detector that detects the light emitted from the substrate, the drive mechanism that adjusts the position of the substrate, and the like. Disclosed is a total reflection fluorescence observation apparatus having an arithmetic unit that analyzes a relative position of a substrate in the apparatus and controls a driving mechanism.

また、実施例では、エバネッセント光を利用した蛍光観察装置において、ステージ移動に伴う基板の位置ずれを補正する方法であって、基板表面に調整用の光を照射し、照射によって生じる蛍光を少なくとも1つの光センサで検知し、基板表面で反射した調整用の光を少なくとも1つの光センサで検知し、検知結果に基づいて装置内における基板の相対的な位置を演算装置により解析し、解析結果に基づいて基板の位置を調整する方法を開示する。   In the embodiment, the fluorescence observation apparatus using evanescent light is a method for correcting the positional deviation of the substrate accompanying the stage movement, and the substrate surface is irradiated with adjustment light, and at least one fluorescence generated by the irradiation is emitted. The light for adjustment reflected on the surface of the substrate is detected by at least one optical sensor, and the relative position of the substrate in the device is analyzed by the arithmetic unit based on the detection result. A method for adjusting the position of a substrate based thereon is disclosed.

また、実施例では、エバネッセント光を利用して蛍光観察装置において、ステージ移動に伴う基板の位置ずれを補正する方法であって、基板表面に調整用の光を照射し、照射によって生じる蛍光を少なくとも1つの光センサで検知し、基板表面に生じた照射スポットの形状からアスペクト比を演算装置により算出し、検知結果及びアスペクト比に基づいて装置内における基板の相対的な位置を演算装置により解析し、解析結果に基づいて基板の位置を調整する方法を開示する。   In addition, in the embodiment, in the fluorescence observation apparatus using evanescent light, a method of correcting the positional deviation of the substrate accompanying the stage movement, the substrate surface is irradiated with adjustment light, and at least fluorescence generated by the irradiation is emitted. An aspect ratio is calculated from the shape of the irradiation spot detected on a single optical sensor and the surface of the substrate is calculated by an arithmetic unit, and the relative position of the substrate in the apparatus is analyzed by the arithmetic unit based on the detection result and the aspect ratio. A method for adjusting the position of the substrate based on the analysis result is disclosed.

また、実施例では、前記基板が、光を透過する部材で形成されていることを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the said board | substrate is formed with the member which permeate | transmits light.

また、実施例では、前記測定試料が、基板の表面に存在する構造体上に存在することを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the said measurement sample exists on the structure which exists in the surface of a board | substrate.

また、実施例では、前記構造体が、金属元素、又は化合物からなる微粒子、若しくは突起物であり、測定試料が、当該構造体の表面に存在することを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the said structure is the microparticles | fine-particles or protrusion which consist of a metal element or a compound, and a measurement sample exists in the surface of the said structure.

また、実施例では、前記構造体が、基板の表面の金属薄膜に設けられた微細孔であり、測定試料が、微細孔の内部に存在することを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the said structure is a micropore provided in the metal thin film of the surface of a board | substrate, and a measurement sample exists in the inside of a micropore.

また、実施例では、前記発光の波長が、励起光の波長より大きいことを開示する。   In addition, the Examples disclose that the wavelength of the light emission is larger than the wavelength of the excitation light.

また、実施例では、前記駆動機構が、基板を保持するステージに設けられていることを開示する。   Moreover, in an Example, it discloses that the said drive mechanism is provided in the stage holding a board | substrate.

また、実施例では、前記駆動機構が、ステージの高さ方向と、XY軸に対する回転方向の調整を行うことを開示する。   In the embodiment, it is disclosed that the drive mechanism adjusts the height direction of the stage and the rotation direction with respect to the XY axes.

以下、上記及びその他の新規な特徴と効果について図面を用いて説明する。図面は専ら発明の理解に用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。また、各実施例は適宜組み合わせることができる。   The above and other novel features and effects will be described below with reference to the drawings. The drawings are used exclusively for understanding the invention and do not reduce the scope of rights. Moreover, each Example can be combined suitably.

図1は、本実施例における、調整機能を有するDNA塩基配列解析装置の構成図を示す。装置は倒立型の顕微鏡様の構成であり、反応基板1に捕捉される蛍光分子を蛍光検出により測定する。なお、正立型の装置構成にすることも可能である。また、単分子蛍光検出法に基づく場合、測定はHEPAフィルタを介したクリーンルーム様の環境にて行う。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a DNA base sequence analyzer having an adjustment function in the present embodiment. The apparatus has an inverted microscope-like configuration and measures fluorescent molecules captured by the reaction substrate 1 by fluorescence detection. It is also possible to adopt an upright apparatus configuration. Moreover, when based on the single molecule fluorescence detection method, the measurement is performed in a clean room-like environment through a HEPA filter.

励起用のレーザ装置2からのレーザ光2aは、λ/4波長板3を通過して円偏光となり、レンズ4,偏向素子5を介してプリズム6に入射され、反応基板1の裏側から照射される。プリズム6と反応基板1はマッチングオイルを介して接触させており、レーザ光2aはその界面で反射することなく、反応基板1に入射する。プリズムとマッチングオイル,反応基板の材質は、光の反射損を考慮して同等の屈折率であることが望ましい。材質は、例えばプリズムと反応基板は合成石英で、マッチングオイルは無蛍光グリセリンである。レーザ光2aは、反応基板1の表面で全反射し、エバネッセント光を発生させる。このときの入射角θは、反応基板1の屈折率と、基板表面に存在する媒質の屈折率から以下の式によって求められる。例えば、反応基板1が合成石英で、媒質が水であった場合、入射角θは約66度となる。   The laser beam 2 a from the excitation laser device 2 passes through the λ / 4 wavelength plate 3 to become circularly polarized light, enters the prism 6 through the lens 4 and the deflection element 5, and is irradiated from the back side of the reaction substrate 1. The The prism 6 and the reaction substrate 1 are in contact with each other via matching oil, and the laser light 2a is incident on the reaction substrate 1 without being reflected at the interface. The materials of the prism, the matching oil, and the reaction substrate are desirably equal in refractive index in consideration of light reflection loss. For example, the prism and the reaction substrate are made of synthetic quartz, and the matching oil is non-fluorescent glycerin. The laser beam 2a is totally reflected on the surface of the reaction substrate 1 to generate evanescent light. The incident angle θ at this time is obtained by the following equation from the refractive index of the reaction substrate 1 and the refractive index of the medium existing on the substrate surface. For example, when the reaction substrate 1 is synthetic quartz and the medium is water, the incident angle θ is about 66 degrees.

(式) θ=arcsin(n2/n1)
n1:基板の屈折率、n2:媒質の屈折率、n1>n2
(Formula) θ = arcsin (n2 / n1)
n1: Refractive index of substrate, n2: Refractive index of medium, n1> n2

反応基板1は、透過型のXY自動ステージ7に固定される。ステージ7には反応基板1の高さを調整するためのZ軸駆動機構8と、傾きを調整するためのα・β軸駆動機構9が備え付けられている。α・β軸駆動機構9の回転中心でエバネッセント光が発生するように、レーザ光2aを入射させる。反応基板1上での発光10は、対物レンズ11で集められ、フィルタユニット12で波長成分が選択され、結像レンズ13を介して2次元センサカメラ14で検出される。フィルタユニット12には、検出する波長に対応したフィルタが複数保持されている。例えば、4種の蛍光色素が付加されたdNTPを観察する場合は、該当する4種の蛍光体用のフィルタをフィルタユニット12で切り替えて蛍光像を検出する。2次元センサカメラ14は、例えば、画素サイズが16×16μmで、画素数512×512画素のEM−CCDカメラである。その他一般的な冷却CCDカメラの他、C−MOSエリアセンサなどの各種撮像カメラなどを使うことができる。2次元センサカメラ14は冷却型が望ましく、−20℃程度以下にすることにより、センサの持つダークノイズを低減でき、測定の精度を高めることができる。尚、XYステージ7の回転中心が観察視野の中心となるよう、各構成部品は設置されている。   The reaction substrate 1 is fixed to a transmission type XY automatic stage 7. The stage 7 is provided with a Z-axis drive mechanism 8 for adjusting the height of the reaction substrate 1 and an α / β-axis drive mechanism 9 for adjusting the inclination. The laser beam 2a is incident so that evanescent light is generated at the rotation center of the α / β-axis drive mechanism 9. The emitted light 10 on the reaction substrate 1 is collected by the objective lens 11, the wavelength component is selected by the filter unit 12, and detected by the two-dimensional sensor camera 14 through the imaging lens 13. The filter unit 12 holds a plurality of filters corresponding to the wavelength to be detected. For example, when observing dNTP to which four types of fluorescent dyes are added, the corresponding four types of phosphor filters are switched by the filter unit 12 to detect a fluorescent image. The two-dimensional sensor camera 14 is, for example, an EM-CCD camera having a pixel size of 16 × 16 μm and a number of pixels of 512 × 512 pixels. In addition to general cooling CCD cameras, various imaging cameras such as C-MOS area sensors can be used. The two-dimensional sensor camera 14 is preferably a cooling type, and by setting the temperature to about −20 ° C. or less, dark noise of the sensor can be reduced and measurement accuracy can be improved. Each component is installed so that the rotation center of the XY stage 7 is the center of the observation field.

調整用光源18は、観察用の光源であるレーザ装置2とは反対側から反応基板1表面に照射される。調整用光源18は、照射によって測定試料が消光しないよう、レーザ装置2とは別の波長であることが望ましい。調整用光源18は、例えば、波長694nmのLDが使用できる。LD光16はハーフミラー17を介して反応基板1に照射される。反応基板1の表面で反射した光はハーフミラー17を通過し、2次元センサカメラ14に到達する。このとき、LD光16が反応基板1に入射する光軸は、XYステージ7中心と2次元センサカメラ14の中心を結ぶ直線に同軸であるため、LD光16は観察視野の中心に照射される。   The adjustment light source 18 is applied to the surface of the reaction substrate 1 from the side opposite to the laser device 2 that is an observation light source. The adjustment light source 18 preferably has a wavelength different from that of the laser device 2 so that the measurement sample is not quenched by irradiation. For example, an LD having a wavelength of 694 nm can be used as the adjustment light source 18. The LD light 16 is applied to the reaction substrate 1 through the half mirror 17. The light reflected by the surface of the reaction substrate 1 passes through the half mirror 17 and reaches the two-dimensional sensor camera 14. At this time, since the optical axis on which the LD light 16 is incident on the reaction substrate 1 is coaxial with a straight line connecting the center of the XY stage 7 and the center of the two-dimensional sensor camera 14, the LD light 16 is irradiated to the center of the observation field. .

各種試薬やバッファーは、試薬保管ユニット15に保管され、分注ユニット31を介し、送液チューブ32を通じて反応基板1に送られる。反応後の試薬は、廃液チューブ33を通じて廃液容器19に溜まる。分注ユニット31は、Z軸駆動機構8,α・β軸駆動機構9,フィルタユニット12,2次元センサカメラ14とともに制御PC20によってその動作が制御されている。取り込まれた観察データはモニタ21で確認できる。   Various reagents and buffers are stored in the reagent storage unit 15 and are sent to the reaction substrate 1 through the liquid supply tube 32 via the dispensing unit 31. The reagent after the reaction accumulates in the waste liquid container 19 through the waste liquid tube 33. The operation of the dispensing unit 31 is controlled by the control PC 20 together with the Z-axis drive mechanism 8, the α / β-axis drive mechanism 9, the filter unit 12, and the two-dimensional sensor camera 14. The acquired observation data can be confirmed on the monitor 21.

図2は、反応基板1の表面を拡大したものである。反応基板1は、透明部材22と構造体23で構成される。透明部材22は、例えば、合成石英などが使用できる。構造体23は、例えば、Auなどである。構造体23の表面には測定試料24が固定されている。固定は、例えば、測定試料24の末端がチオール化されており、構造体23との間でAu−SH共有結合を介して行われている。構造体23は、透明部材22上にランダムに配置されていても構わないが、観察時の効率を考慮し、規則的に配置されていることが望ましい。透明部材22の構造体23以外の領域については、例えば、観察時に背景光を遮蔽するための金属薄膜などを配置しても構わない。   FIG. 2 is an enlarged view of the surface of the reaction substrate 1. The reaction substrate 1 includes a transparent member 22 and a structure 23. As the transparent member 22, for example, synthetic quartz can be used. The structure 23 is, for example, Au. A measurement sample 24 is fixed to the surface of the structure 23. For example, the end of the measurement sample 24 is thiolated, and is fixed to the structure 23 via an Au—SH covalent bond. The structures 23 may be arranged randomly on the transparent member 22, but are preferably arranged regularly in consideration of efficiency during observation. For the region other than the structure 23 of the transparent member 22, for example, a metal thin film for shielding background light during observation may be disposed.

図3は、本実施例における蛍光観察のフロー図である。具体的な方法は、以下の手順に従って行う。反応基板1をXYステージ7に固定したのち、ハーフミラー17を介して調整用のLD光16を反応基板1表面の第一の視野に照射する。照射強度は、例えば1mW/mm2である。LD光16で照射された反応基板1表面の構造体23は蛍光を発する。この蛍光を、調整用のバンドパスフィルタを装着した状態で2次元センサカメラ14により検出し、得られた蛍光像をもとにZ軸駆動機構8を動作させてフォーカスを調整する。調整の方法は、既知のオートフォーカス技術を用いる。例えば、画像処理方式や位相差検出方式が使用できる。次に、LD光16の反射光のスポット位置を解析する。調整用のバンドパスフィルタを外し、LD反射光のスポット強度をX軸方向,Y軸方向にプロットして中心座標を算出する。反応基板1に対しLD光16が垂直に入射していた場合、LD反射光は2次元センサカメラ14の中心に位置するはずであるが、反応基板1に傾きがあった場合、LD光16は垂直に入射せず、2次元センサカメラ14の中心からずれた位置で検出される。LD反射光のスポットが2次元センサカメラ14の中心からずれていた場合、XYステージ7に取り付けられたα・β軸駆動機構9を調整し、LD反射光のスポット中心が2次元センサカメラ14の中心となるよう、反応基板1の傾きを調整する。調整後、LD光16の照射を終了し、ハーフミラー17を取り外す。観察用バンドパスフィルタを装着し、レーザ光2aの照射を開始する。観察視野中心で全反射したレーザ光2aによって、反応基板1表面にエバネッセント光が生じる。エバネッセント光によって励起された測定試料24の蛍光を2次元センサカメラ14で検出する。第一の視野の観察終了後、レーザ照射を終了し、必要であればXYステージ7を移動させ第二の視野の観察に移る。第二の視野へ移動後は、再び第一の視野観察時と同様の操作を行う。以上の操作を繰り返し、反応基板の全観察視野を観察する。 FIG. 3 is a flowchart of fluorescence observation in the present example. A specific method is performed according to the following procedure. After fixing the reaction substrate 1 to the XY stage 7, the adjustment LD light 16 is irradiated to the first visual field on the surface of the reaction substrate 1 through the half mirror 17. The irradiation intensity is, for example, 1 mW / mm 2 . The structure 23 on the surface of the reaction substrate 1 irradiated with the LD light 16 emits fluorescence. This fluorescence is detected by the two-dimensional sensor camera 14 with the adjustment band-pass filter attached, and the Z-axis drive mechanism 8 is operated based on the obtained fluorescence image to adjust the focus. The adjustment method uses a known autofocus technique. For example, an image processing method or a phase difference detection method can be used. Next, the spot position of the reflected light of the LD light 16 is analyzed. The band pass filter for adjustment is removed, and the center coordinates are calculated by plotting the spot intensity of the LD reflected light in the X-axis direction and the Y-axis direction. When the LD light 16 is perpendicularly incident on the reaction substrate 1, the LD reflected light should be located at the center of the two-dimensional sensor camera 14, but when the reaction substrate 1 is tilted, the LD light 16 is It is not incident perpendicularly and is detected at a position shifted from the center of the two-dimensional sensor camera 14. When the spot of the LD reflected light is deviated from the center of the two-dimensional sensor camera 14, the α / β-axis drive mechanism 9 attached to the XY stage 7 is adjusted so that the spot center of the LD reflected light is the spot of the two-dimensional sensor camera 14. The inclination of the reaction substrate 1 is adjusted so as to be the center. After the adjustment, the irradiation of the LD light 16 is finished, and the half mirror 17 is removed. A band-pass filter for observation is attached, and irradiation with the laser beam 2a is started. Evanescent light is generated on the surface of the reaction substrate 1 by the laser light 2a totally reflected at the center of the observation field. The two-dimensional sensor camera 14 detects the fluorescence of the measurement sample 24 excited by the evanescent light. After the observation of the first visual field, the laser irradiation is terminated, and if necessary, the XY stage 7 is moved to move to the observation of the second visual field. After moving to the second field of view, the same operation as in the first field of view is performed again. The above operation is repeated to observe the entire observation field of the reaction substrate.

具体的な配列解析方法は以下の手順に従って行う。測定サンプルである一本鎖核酸を、反応基板1上の構造体23に固定されたプライマにハイブリダイズさせる。反応は、例えば、60℃・10分間で行う。プライマの配列は、前記一本鎖核酸と少なくとも一部が相補的であればよい。なお、プライマの塩基長は、ハイブリダイゼーション効率を鑑みて10以上であることが望ましい。   A specific sequence analysis method is performed according to the following procedure. A single-stranded nucleic acid as a measurement sample is hybridized to a primer fixed to the structure 23 on the reaction substrate 1. The reaction is carried out, for example, at 60 ° C. for 10 minutes. The primer sequence only needs to be at least partially complementary to the single-stranded nucleic acid. The base length of the primer is preferably 10 or more in view of the hybridization efficiency.

次に、標識されたdATP,dTTP,dCTP,dGTPを逐次添加しながら塩基伸長反応を行い、プライマ下流の塩基配列を解読する。例えば、まずCy3−dATP及び、DNAポリメラーゼを含む反応溶液(20nM Cy3−dATP、0.1U/μL TaqDNAポリメラーゼ、10mM Tris−HCl pH7.8、2mM MgCl2)を、反応基板1上のフラグメントと5分間反応させる。次に、洗浄バッファー(10mM Tris−HCl pH7.8、2mM MgCl2)によって、未反応のCy3−dATPを除去する。各種試薬やバッファーは試薬保管ユニット15に保管される。試薬保管ユニット15には、試料液容器15a,4種の標識dNTP溶液容器15b,15c,15d,15e,dNTP mixture溶液容器15f,ポリメラーゼ溶液容器15g,洗浄バッファー容器15hなどが用意される。 Next, a base extension reaction is performed while sequentially adding labeled dATP, dTTP, dCTP, and dGTP, and the base sequence downstream of the primer is decoded. For example, first, a reaction solution containing Cy3-dATP and a DNA polymerase (20 nM Cy3-dATP, 0.1 U / μL Taq DNA polymerase, 10 mM Tris-HCl pH 7.8, 2 mM MgCl 2 ) Allow to react for minutes. Next, unreacted Cy3-dATP is removed with a washing buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.8, 2 mM MgCl 2 ). Various reagents and buffers are stored in the reagent storage unit 15. The reagent storage unit 15 includes a sample solution container 15a, four types of labeled dNTP solution containers 15b, 15c, 15d, 15e, a dNTP mixture solution container 15f, a polymerase solution container 15g, a washing buffer container 15h, and the like.

波長532nmのYAGレーザを励起光として照射し、Cy3−dATPの取り込みが行われたフラグメントから蛍光を発生させる。なお、Cy3分子から発生する蛍光は強い励起光の照射で消光するため、観察時にはより低い励起光強度で観察を行うことが望ましい。励起光強度は、例えば、1000mW/mm2である。消光を抑制する手段としては、脱酸素剤の添加も有効である。これはCy3分子の消光が、溶液中の溶存酸素との反応に起因するためである。脱酸素剤は、例えば、ペルオキシダーゼやスーパーオキシドディスムターゼなどが使用できる。蛍光観察データをもとにCy3−dATPの取り込みが行われたフラグメントの位置を特定し、配列を決定する。Cy3蛍光を観察後、強い励起光を照射するなどして、既に取り込まれたCy3−dATP由来の蛍光が次工程で生じないようにする。以上の一連の反応工程をdATP,dTTP,dCTP,dGTPの順に行う。この操作を80サイクル行うことにより、各フラグメントの固相側のおよそ20〜30塩基が解読できる。本実施例では蛍光色素としてCy3を、励起光源として波長532nmのYAGレーザを用いているが、標識分子や光源の組み合わせはこれに限るものではない。 A YAG laser having a wavelength of 532 nm is irradiated as excitation light, and fluorescence is generated from a fragment in which Cy3-dATP has been incorporated. In addition, since the fluorescence generated from the Cy3 molecule is quenched by irradiation with strong excitation light, it is desirable to observe with lower excitation light intensity during observation. The excitation light intensity is, for example, 1000 mW / mm 2 . Addition of an oxygen scavenger is also effective as a means for suppressing quenching. This is because the quenching of the Cy3 molecule is caused by a reaction with dissolved oxygen in the solution. As the oxygen scavenger, for example, peroxidase or superoxide dismutase can be used. Based on the fluorescence observation data, the position of the fragment into which Cy3-dATP has been incorporated is specified, and the sequence is determined. After observing Cy3 fluorescence, strong excitation light is irradiated so that the already-derived fluorescence derived from Cy3-dATP does not occur in the next step. The above series of reaction steps are performed in the order of dATP, dTTP, dCTP, and dGTP. By performing this operation for 80 cycles, about 20 to 30 bases on the solid phase side of each fragment can be decoded. In this embodiment, Cy3 is used as the fluorescent dye, and a YAG laser having a wavelength of 532 nm is used as the excitation light source. However, the combination of label molecules and light sources is not limited to this.

また、本実施例では1種類の蛍光色素を用い、逐次反応による塩基配列解読を行っているが、別の方式を用いても構わない。例えば、4種類のdNTPの3′−OH基に対し、ニトロベンジル基を介して異なる4種類の蛍光色素を結合させた標識dNTPを用いる場合、本実施例のようにdNTPを1種類ずつ反応させなくても良い。すなわち、3′−OH基の蛍光色素が保護基となり、取り込みが行われた段階でその後の伸長反応が進まなくなる。このことを利用して、塩基配列の解読を行う。例えば、4種類の蛍光標識dNTP及び、DNAポリメラーゼを含む反応溶液(20nM 蛍光標識dNTP mixture、0.1U/μL TaqDNAポリメラーゼ、10mM Tris−HCl pH7.8、2mM MgCl2)を、反応基板1上のフラグメントと5分間反応させる。次に、洗浄バッファー(10mM Tris−HCl pH7.8、2mM MgCl2)によって、未反応の蛍光標識dNTPを除去する。励起光を照射し前記4種類の蛍光を観察し、各蛍光標識dNTPの取り込みが行われたフラグメントを特定し、配列を決定する。4種類の蛍光色素としては、例えば、Cy3,Cy5,Cy5.5,Alexa fluor(登録商標)488を用いることができる。蛍光のクロスコンタミネーションを防ぐため、なるべく蛍光波長帯が離れているものを選択することが好ましい。励起光は、それぞれの蛍光色素の波長特性に適した励起光源を用いるか、バンドパスフィルタなどを用いて多波長光から目的の波長成分を分離して用いる。蛍光も同様に、それぞれの蛍光色素の波長特性に適したバンドパスフィルタなどを用いて、目的の波長成分を分離して蛍光観察を行う。観察後、化学的又は物理的手段によって蛍光色素を切り離し、直前に取り込まれた蛍光標識dNTPの3′−OH基を解放する。切り離す手段は、例えば、波長360nm以下のUV照射などである。切り離した蛍光色素を洗浄バッファーにより除去する。以上の一連の操作を複数回行うことにより、塩基配列の解読が可能である。 In this embodiment, one type of fluorescent dye is used and base sequence decoding is performed by sequential reaction. However, another method may be used. For example, when using a labeled dNTP in which four different fluorescent dyes are bonded to the 3′-OH group of four types of dNTPs via a nitrobenzyl group, the dNTPs are reacted one by one as in this example. It is not necessary. That is, the fluorescent dye having a 3′-OH group serves as a protecting group, and the subsequent extension reaction does not proceed at the stage of incorporation. Using this fact, the base sequence is decoded. For example, four types of fluorescently labeled dNTPs and a reaction solution containing DNA polymerase (20 nM fluorescently labeled dNTP mixture, 0.1 U / μL Taq DNA polymerase, 10 mM Tris-HCl pH 7.8, 2 mM MgCl 2 ) React with fragment for 5 minutes. Next, unreacted fluorescently labeled dNTPs are removed with a washing buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.8, 2 mM MgCl 2 ). The four types of fluorescence are observed by irradiating with excitation light, the fragment in which each fluorescently labeled dNTP is incorporated is identified, and the sequence is determined. As the four types of fluorescent dyes, for example, Cy3, Cy5, Cy5.5, Alexa fluor (registered trademark) 488 can be used. In order to prevent cross-contamination of fluorescence, it is preferable to select one having a fluorescence wavelength band as far as possible. As the excitation light, an excitation light source suitable for the wavelength characteristics of each fluorescent dye is used, or a target wavelength component is separated from multi-wavelength light using a band pass filter or the like. Similarly, fluorescence is observed by separating the target wavelength component using a bandpass filter suitable for the wavelength characteristics of each fluorescent dye. After observation, the fluorescent dye is separated by chemical or physical means, and the 3′-OH group of the fluorescently labeled dNTP incorporated immediately before is released. The means for separating is, for example, UV irradiation with a wavelength of 360 nm or less. The detached fluorescent dye is removed with a washing buffer. By performing the above series of operations a plurality of times, the base sequence can be decoded.

以上の操作により、エバネッセント光を利用して蛍光観察を行う装置について、ステージ移動に伴って生じる対物レンズのピントおよび反応基板の水平のずれを自動的に補正し、調整する。   With the above operation, the focus of the objective lens and the horizontal shift of the reaction substrate caused by the stage movement are automatically corrected and adjusted for the apparatus that performs fluorescence observation using evanescent light.

本実施例によれば、マニュアルでの調整操作が不要となり、従来法と比較して操作性が向上する。また、反応基板を常に水平に保つことが可能となるため、励起光の入射角は一定となることからエバネッセント光の染み出し深さは一定となり、従来法と比較して安定性,信頼性が向上する。さらに、エバネッセント光の照射領域を常に視野の中心に存在させることが可能となるため、ロスが無く、従来法と比較してスループットが向上する。   According to the present embodiment, manual adjustment operation is unnecessary, and operability is improved as compared with the conventional method. In addition, since the reaction substrate can be kept horizontal at all times, the incident angle of the excitation light is constant, so that the penetration depth of the evanescent light is constant, which is more stable and reliable than the conventional method. improves. Further, since the irradiation area of the evanescent light can be always present at the center of the visual field, there is no loss and the throughput is improved as compared with the conventional method.

実施例1では励起用光源とは別に調整用光源を用意しているが、これらを同一の光源とすることも可能である。具体的には、多波長成分を有する光源から励起用,調整用の波長成分を抽出することにより、実施例1同様の効果を得るものである。図4に本実施例の装置構成を示す。光源25から出射された光は、ダイクロイックミラー26で波長分離される。光源は25、例えばキセノンランプなどである。分離後の波長成分はブロードであるため、バンドパスフィルタ27,28などによって単一の波長成分とする。ミラーなどの光学素子29によって反応基板表面に照射する。そして、実施例1同様の手順によって調整や観察を行う。   In the first embodiment, an adjustment light source is prepared separately from the excitation light source, but these may be the same light source. Specifically, the same effects as those of the first embodiment are obtained by extracting the wavelength components for excitation and adjustment from the light source having multiple wavelength components. FIG. 4 shows an apparatus configuration of the present embodiment. The light emitted from the light source 25 is wavelength-separated by the dichroic mirror 26. The light source is 25, such as a xenon lamp. Since the wavelength component after separation is broad, it is made a single wavelength component by the bandpass filters 27 and 28 and the like. The surface of the reaction substrate is irradiated by an optical element 29 such as a mirror. Then, adjustment and observation are performed by the same procedure as in Example 1.

実施例1では調整用光源と励起用光源の波長が異なるが、同一波長の光源を使用することも可能である。具体的には、反応基板で反射したレーザ光をセンサで検知し、その反射光のスポット位置を一定に保つよう調整することにより、ステージ移動に伴って生じる基板のZ軸方向の変化や傾きを検知・補正し、サンプル面と対物レンズの相対的な位置関係を一定に保つ。   In Example 1, although the wavelengths of the adjustment light source and the excitation light source are different, it is also possible to use light sources having the same wavelength. Specifically, the laser beam reflected by the reaction substrate is detected by a sensor, and the spot position of the reflected light is adjusted so as to be kept constant. Detect and correct to keep the relative positional relationship between the sample surface and the objective lens constant.

図5に本実施例の装置構成を示す。図6は本実施例における蛍光観察のフロー図である。具体的な方法は以下の手順に従って行う。反応基板1をXYステージ7に固定したのち、照射強度を弱めた状態でレーザ光2aを第一の視野に照射する。蛍光測定用のバンドパスフィルタを外した状態で、反応基板1表面の構造体23を散乱光で観察する。得られた散乱光像をもとにZ軸駆動機構8を駆動させ、フォーカスを調整する。調整の方法は、既知のオートフォーカス技術を用いる。例えば、画像処理方式や位相差検出法式が使用できる。例えば、反応基板1が合成石英で、媒質が水であった場合、入射角θは約66度となる。照射強度は、反応基板1表面の測定試料24が消光しない程度に弱い強度である必要がある。照射強度は、例えば、1mW/mm2である。次に、観察視野内におけるエバネッセント光のスポット位置を解析する。エバネッセント光のスポット強度をX軸方向,Y軸方向にプロットして中心座標を算出する。中心座標が観察視野の中心となるよう、偏向素子5を用いてエバネッセント光の照射位置を調整する。反射光のスポット位置を光センサ30で検知し、その位置情報を初期状態として記憶する。調整終了後、蛍光観察を行う。蛍光観察用のバンドパスフィルタを装着し、通常の照射強度でレーザ光2aを照射する。照射強度は例えば1000mW/mm2である。反応基板1表面に生じたエバネッセント光によって励起された測定試料24の蛍光を2次元センサカメラ14で検出する。第一の視野の観察終了後、レーザ照射を終了し、必要であればXYステージ7を移動させ第二の視野の観察に移る。第二の視野へ移動後は、第一の視野同様、再び弱いレーザ光によるZ軸調整を行う。その後反射光のスポット位置を光センサ30で検知し、初期状態と比較する。比較の結果ずれが生じていた場合、α・β軸駆動機構9を調整して補正する。調整終了後、第一の視野観察の手順と同様に蛍光観察を行う。以上の操作を繰り返し、反応基板の全観察視野を観察する。 FIG. 5 shows an apparatus configuration of the present embodiment. FIG. 6 is a flowchart of fluorescence observation in this example. A specific method is performed according to the following procedure. After fixing the reaction substrate 1 to the XY stage 7, the first visual field is irradiated with the laser beam 2a with the irradiation intensity reduced. With the bandpass filter for fluorescence measurement removed, the structure 23 on the surface of the reaction substrate 1 is observed with scattered light. Based on the obtained scattered light image, the Z-axis drive mechanism 8 is driven to adjust the focus. The adjustment method uses a known autofocus technique. For example, an image processing method or a phase difference detection method can be used. For example, when the reaction substrate 1 is synthetic quartz and the medium is water, the incident angle θ is about 66 degrees. The irradiation intensity needs to be weak enough that the measurement sample 24 on the surface of the reaction substrate 1 is not quenched. The irradiation intensity is 1 mW / mm 2 , for example. Next, the spot position of the evanescent light in the observation visual field is analyzed. The center coordinates are calculated by plotting the spot intensity of the evanescent light in the X-axis direction and the Y-axis direction. The irradiation position of the evanescent light is adjusted using the deflecting element 5 so that the center coordinates are the center of the observation field. The spot position of the reflected light is detected by the optical sensor 30, and the position information is stored as an initial state. After the adjustment is completed, fluorescence observation is performed. A band-pass filter for fluorescence observation is attached, and the laser beam 2a is irradiated with a normal irradiation intensity. The irradiation intensity is, for example, 1000 mW / mm 2 . The two-dimensional sensor camera 14 detects the fluorescence of the measurement sample 24 excited by the evanescent light generated on the surface of the reaction substrate 1. After the observation of the first visual field, the laser irradiation is terminated, and if necessary, the XY stage 7 is moved to move to the observation of the second visual field. After moving to the second field of view, the Z-axis adjustment is performed again with the weak laser beam, as in the first field of view. Thereafter, the spot position of the reflected light is detected by the optical sensor 30 and compared with the initial state. If there is a deviation as a result of the comparison, the α / β-axis drive mechanism 9 is adjusted and corrected. After the adjustment, fluorescence observation is performed in the same manner as the first visual field observation procedure. The above operation is repeated to observe the entire observation field of the reaction substrate.

本実施例では各種調整を観察視野で行っているが、例えば、観察視野に隣接する領域で調整を行うことにより、調整に伴う測定試料の消光の恐れを排除できる。   In this embodiment, various adjustments are performed in the observation visual field. For example, by adjusting in the region adjacent to the observation visual field, the fear of quenching the measurement sample accompanying the adjustment can be eliminated.

実施例3では反射光を検出することよって基板の傾きを補正しているが、反射光を用いることなく補正することが可能である。具体的には、エバネッセント光のスポットのアスペクト比をもとに、基板の傾きを補正する。   In the third embodiment, the tilt of the substrate is corrected by detecting the reflected light, but it is possible to correct without using the reflected light. Specifically, the tilt of the substrate is corrected based on the aspect ratio of the evanescent light spot.

図7に本実施例の装置構成を示す。図8は本実施例の蛍光観察のフロー図である。具体的な方法は以下の手順に従って行う。反応基板1をXYステージ7に固定したのち、照射強度を弱めた状態でレーザ光2aを第一の視野に照射する。蛍光測定用のバンドパスフィルタを外した状態で、反応基板1表面の構造体23を散乱光で観察する。得られた散乱光像をもとにZ軸駆動機構8を駆動させ、フォーカスを調整する。調整の方法は、既知のオートフォーカス技術を用いる。例えば、画像処理方式や位相差検出法式が使用できる。例えば、反応基板1が合成石英で、媒質が水であった場合、入射角θは約66度となる。照射強度は、反応基板1表面の測定試料24が消光しない程度に弱い強度である必要がある。照射強度は、例えば、1mW/mm2である。次に、観察視野内におけるエバネッセント光のスポット位置を解析する。エバネッセント光のスポット強度をX軸方向,Y軸方向にプロットして中心座標を算出する。中心座標が観察視野の中心となるよう、偏向素子5を用いてエバネッセント光の照射位置を調整する。エバネッセント照射領域の形状はレーザ光2aのビーム形状に依存するため、円形または楕円形となる。前述の中心座標算出の際に用いた強度プロットから、エバネッセント光照射領域のアスペクト比を求め、その情報を初期状態として記憶する。調整終了後、蛍光観察を行う。蛍光観察用のバンドパスフィルタを装着し、通常の照射強度でレーザ光2aを照射する。照射強度は、例えば、1000mW/mm2である。反応基板1の表面に生じたエバネッセント光によって励起された測定試料24の蛍光を2次元センサカメラ14により検出する。第一の視野の観察終了後、レーザ照射を終了し、必要であればXYステージ7を移動させ第二の視野の観察に移る。第二の視野へ移動後は、第一の視野同様、再び弱いレーザ光によるZ軸調整を行う。その後、エバネッセント光照射領域のアスペクト比を算出し、初期状態と比較する。比較の結果ずれが生じていた場合、α・β軸駆動機構9を調整して補正する。調整終了後、第一の視野観察の手順と同様に蛍光観察を行う。以上の操作を繰り返し、反応基板の全観察視野を観察する。 FIG. 7 shows the apparatus configuration of this embodiment. FIG. 8 is a flowchart of fluorescence observation of this example. A specific method is performed according to the following procedure. After fixing the reaction substrate 1 to the XY stage 7, the first visual field is irradiated with the laser beam 2a with the irradiation intensity reduced. With the bandpass filter for fluorescence measurement removed, the structure 23 on the surface of the reaction substrate 1 is observed with scattered light. Based on the obtained scattered light image, the Z-axis drive mechanism 8 is driven to adjust the focus. The adjustment method uses a known autofocus technique. For example, an image processing method or a phase difference detection method can be used. For example, when the reaction substrate 1 is synthetic quartz and the medium is water, the incident angle θ is about 66 degrees. The irradiation intensity needs to be weak enough that the measurement sample 24 on the surface of the reaction substrate 1 is not quenched. The irradiation intensity is 1 mW / mm 2 , for example. Next, the spot position of the evanescent light in the observation visual field is analyzed. The center coordinates are calculated by plotting the spot intensity of the evanescent light in the X-axis direction and the Y-axis direction. The irradiation position of the evanescent light is adjusted using the deflecting element 5 so that the center coordinates are the center of the observation field. Since the shape of the evanescent irradiation region depends on the beam shape of the laser light 2a, it is circular or elliptical. The aspect ratio of the evanescent light irradiation region is obtained from the intensity plot used in the above-described calculation of the center coordinates, and the information is stored as an initial state. After the adjustment is completed, fluorescence observation is performed. A band-pass filter for fluorescence observation is attached, and the laser beam 2a is irradiated with a normal irradiation intensity. The irradiation intensity is, for example, 1000 mW / mm 2 . The two-dimensional sensor camera 14 detects the fluorescence of the measurement sample 24 excited by the evanescent light generated on the surface of the reaction substrate 1. After the observation of the first visual field, the laser irradiation is terminated, and if necessary, the XY stage 7 is moved to move to the observation of the second visual field. After moving to the second field of view, the Z-axis adjustment is performed again with the weak laser beam, as in the first field of view. Thereafter, the aspect ratio of the evanescent light irradiation region is calculated and compared with the initial state. If there is a deviation as a result of the comparison, the α / β-axis drive mechanism 9 is adjusted and corrected. After the adjustment, fluorescence observation is performed in the same manner as the first visual field observation procedure. The above operation is repeated to observe the entire observation field of the reaction substrate.

本実施例においても実施例3同様、例えば、観察視野に隣接する領域で調整を行うことにより、調整に伴う測定試料の消光の恐れを排除できる。   In this embodiment, as in the third embodiment, for example, by performing adjustment in a region adjacent to the observation visual field, it is possible to eliminate the fear of quenching the measurement sample accompanying the adjustment.

本発明は、単分子蛍光観察に有用である。したがって、生物,化学,医療などを含むライフサイエンス分野において幅広く利用可能である。   The present invention is useful for single molecule fluorescence observation. Therefore, it can be widely used in the life science field including biology, chemistry, and medicine.

1 反応基板
2 レーザ装置
2a レーザ光
3 λ/4波長板
4 レンズ
5 偏向素子
6 プリズム
7 ステージ
8 Z軸駆動機構
9 α・β軸駆動機構
10 発光
11 対物レンズ
12 フィルタユニット
13 結像レンズ
14 2次元センサカメラ
15 試薬保管ユニット
15a 試料液容器
15b,15c,15d,15e 標識dNTP溶液容器
15f dNTP mixture溶液容器
15g ポリメラーゼ溶液容器
15h 洗浄バッファー容器
16 LD光
17 ハーフミラー
18 調整用光源(LD)
19 廃液容器
20 制御PC
21 モニタ
22 透明部材
23 構造体
24 測定試料
25 光源
26 ダイクロイックミラー
27 バンドパスフィルタ1
28 バンドパスフィルタ2
29 ミラー
30 光センサ
31 分注ユニット
32 送液チューブ
33 廃液チューブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction board | substrate 2 Laser apparatus 2a Laser beam 3 (lambda) / 4 wavelength plate 4 Lens 5 Deflection element 6 Prism 7 Stage 8 Z-axis drive mechanism 9 alpha / beta-axis drive mechanism 10 Light emission 11 Objective lens 12 Filter unit 13 Imaging lens 14 2 Dimensional sensor camera 15 Reagent storage unit 15a Sample solution container 15b, 15c, 15d, 15e Labeled dNTP solution container 15f dNTP mixture solution container 15g Polymerase solution container 15h Wash buffer container 16 LD light 17 Half mirror 18 Light source for adjustment (LD)
19 Waste liquid container 20 Control PC
21 Monitor 22 Transparent member 23 Structure 24 Measurement sample 25 Light source 26 Dichroic mirror 27 Band pass filter 1
28 Band pass filter 2
29 Mirror 30 Optical sensor 31 Dispensing unit 32 Liquid feeding tube 33 Waste liquid tube

Claims (1)

エバネッセント光を利用した蛍光観察装置において、ステージ移動に伴う基板の位置ずれを補正する方法であって、In a fluorescence observation apparatus using evanescent light, a method for correcting a positional deviation of a substrate accompanying a stage movement,
基板に対し、励起光を照射し、Irradiate the substrate with excitation light,
前記基板の表面に生じたエバネッセント光照射領域を検出し、Detecting an evanescent light irradiation area generated on the surface of the substrate;
前記エバネッセント光照射領域のアスペクト比を求め、Obtain the aspect ratio of the evanescent light irradiation area,
該アスペクト比を、予め求めておいた初期状態のアスペクト比と比較し、The aspect ratio is compared with the aspect ratio of the initial state obtained in advance,
両者のずれを補正するように、前記基板の傾きを調整する、方法。A method of adjusting the inclination of the substrate so as to correct a deviation between the two.
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